嵌入式系统的电路设计注意事项

已发表: 2020-10-21

嵌入式系统设计为仅用于特定目的，并经过优化以实现不同的参数，如功率、性能、成本和时序。嵌入式系统的设计充满挑战，因为嵌入式设计的设计过程包括各种优化活动，需要针对不同条件制定不同的规范要求。

手机、笔记本电脑等消费电子设备的电路设计需要以能够承受撞击、跌落或浸入水中而不会失去其操作能力的方式构建。

开发嵌入式系统的电路需要经过不同的步骤，设计人员应在开始设计过程之前确认这些要求。忽略任何一个步骤都可能导致嵌入式系统的错误开发，这可能导致设备故障，最终设计阶段后可能会花费巨额费用。 TronicsZone是一家专门从事该领域的公司，建议采用以下做法以确保成功并降低风险。

在开始进行嵌入式系统的电路设计之前，了解这两个参数很重要：

了解手头的功率预算：了解设计嵌入式系统的完整功率预算将帮助您选择正确的组件/芯片和其他必要因素。
测量整体功耗：在设计嵌入式系统时，可以借助框图推导出电路的整体功耗。 框图的使用将帮助设计人员识别电路的主要组件及其功耗限制。制作专门的应用笔记和数据表以获取有关器件的信息。

上述因素将有助于嵌入式系统电路设计人员构建高级嵌入式电路设计，以实现更低的功耗和高性能加效率。它还将帮助工程师在嵌入式系统的早期设计阶段了解芯片/组件和其他重要参数的正确要求。为了设计一个有效的嵌入式系统，下面列出了一些有用的电路设计注意事项，设计人员可以使用这些注意事项来设计嵌入式系统板。

检查整个电路的工作电压

保持整个电路板的低工作电压很重要，因为功耗与工作电压有关。电路的电压等级越高，功耗就越高，因此建议保持电压等级尽可能低。例如，如果电路中的每个芯片都可以吸收高达 2.7V 的电压电平，那么设计人员可以考虑为整个电路设计板的特定电压电平设置一个小的余量。

另一方面，如果电路上有合适的节能选项，那么设计人员可以轻松满足嵌入式系统板需要的多个电源轨的要求，但是，一些额外的设备，如数字翻译需要芯片和 DC-DC 转换器来完成电路板设计。

维持高耗能设备的工作电压

高耗能电子设备的运行应在低压下进行调节，因为这有助于最大限度地降低功耗。为完成此步骤，将需要一些额外的设备，如 LDO/DC-DC 转换器和外部电压转换器，以与电路中工作在不同电压电平的不同设备/组件进行接口。在进行此过程之前，请务必检查电路设计中所需的额外成本、工作量、节能和唤醒时间。

选择合适的芯片和组件

在起草嵌入式系统的原理图时，选择正确的组件和 IC 芯片非常重要，因为它会影响设备的效率和性能。还需要考虑完整的功耗预算，因为功耗将对电路产生更大的影响。因此，设计人员必须根据电路设计选择高/低功耗的IC ，它是否会在高/低电压水平下工作。在为电路选择组件和芯片时，还应该承认其他重要因素。

使用各种接口模块

嵌入式系统的电路设计可能需要使用其他现成的设备，如传感器、摄像头、物联网模块（蓝牙、WiFi等）、RS485/RS232通信接口等。考虑功耗很重要这些接口设备在选择它们之前。选择合适的技术可以通过比较几个参数来理想地测量，例如有功功耗、上电时间、不同设备的理想功耗。

例如，如果设计人员希望使用 RF 传输数据，那么他/她需要考虑 WiFi、BLE、ISM RF、Zigbee 等合适的设备，这将提供出色的用户体验并降低功耗。大多数时候，选择不正确的技术会导致电路设计中的功耗优化困难。因此，考虑这些因素也很重要。

外围电源门控

在电子电路设计中，可以集成控制电源的机制，使设备在不使用时关闭。从功耗的角度来看，某些嵌入式系统使用通信调制解调器并使其始终处于开启状态可能会影响费用。因此，最好在不使用设备时使用 ON/OFF 电源控制来关闭设备的电源。传感器、ADC、LCD 等其他组件在不使用时也应关闭，因为这将有助于降低电路中较高的功耗。

使用正确的电源

选择将在嵌入式板上运行的准确输入电压非常重要。输入电压由电源适配器或电池提供；它需要正确测量。如果电路板上的每个元件都在 3.3V 或 5V 下工作，那么最好使用 6V 电源输入，而不是使用 12/24V 电池或 DC 输入，因为这有助于防止电路中的功率损耗作为电源损耗与电压差直接相关。

对于嵌入式电路板的电压转换，设计人员应使用开关 DC-DC 转换器而不是线性稳压器。线性稳压器在电压转换方面非常无效，因为这些器件处于耗散模式，其中功率相当于以热量形式耗散的电压和电流的差异。

LED 放置

嵌入式板上 LED 的放置会极大地影响电路设计的功耗。单个 LED 可在电路中消耗高达 1-5mA 的电流。因此，如果需要在板上使用 LED，则设计人员应尝试减少 LED。如果可能的话，将 LED 完全移除会更好。

否则，设计人员必须尝试借助高阻值将 LED 的亮度降至最低。工程师可以将 LED 设置为仅闪烁，而不是让它们全时发光或保持关闭，直到用户需要与设备通信。这种方法将有助于降低整个电路的功耗。

选择正确的显示器

在为嵌入式板选择显示器时，工程师有多种选择，例如纸显示器、7 段显示器、OLED、单图形 LCD、字符 LCD、玻璃 LCD 等。由于显示器消耗超过 50% 到 60%总功耗，因此设计人员必须仔细选择显示器，牢记整个电路提供的总功耗预算。

如果肯定必须使用高功耗率的显示器，那么设计人员应该实施其他技术，例如全显示、背光电源门控、显示尺寸、颜色方案选择，例如灰度或暗标模式，这有助于大幅降低功耗。

使用上拉电阻

使用最佳值的上拉电阻有助于降低电路中的功耗。上拉电阻主要用于按键、I2C 等。每个上拉电阻最多可以节省几毫安。因此，使用引体向上可以显着帮助节能。例如，值为 1K 的上拉电阻将消耗高达 3.3mA 的电流，而值为 10K 的上拉电阻在 3.3V 下工作时将消耗 330uA。

使用微控制器 (MCU)

选择合适的微控制器对于嵌入式系统的电路设计很重要。根据电路的类型，高/低功耗微控制器的选择可能会有所不同。如果 MCU 的功耗比嵌入式系统板的功耗大 20%，那么选择低功耗微控制器至关重要。

因此，在选择最低功耗的 MCU 上付出更多努力不会对电路产生太大影响。重要的是要注意有助于降低功耗的其他因素，例如外围设备的电源门控、将浮点引脚的输入电平设置为确定的高或低状态、优化代码流策略等。

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